perekayasaan sistem timbangan massa batubara...

Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013

- 405 -

PEREKAYASAAN SISTEM TIMBANGAN MASSA BATUBARA PADABELT CONVEYOR DENGAN TEKNIK SERAPAN RADIASI GAMMA

Rony Djokorayono, Indarzah Masbatin Putra, dan Usep Setia Gunawan

PRPN – BATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310

ABSTRAK

PEREKAYASAAN SISTEM TIMBANGAN MASSA BATUBARA PADA BELTCONVEYOR DENGAN TEKNIK SERAPAN RADIASI GAMMA. Telah dikonstruksi sistemtimbangan massa batubara pada belt conveyor dengan teknik serapan radiasi gammadan bersifat non kontak dengan material yang diukur beratnya. Sistem timbangan inidigunakan untuk menimbang berat batubara yang dipindahkan dari kapal tongkang kecoal bunker PLTU Suralaya menggunakan belt conveyor. Ketelitian ukur timbangan yangdipersyaratkan adalah ± 0,5%, serapan radiasi gamma oleh batubara pada belt conveyordiukur oleh detektor sintilasi dengan aktif area 5 cm x panjang 1,5 meter. Sistemtimbangan ini mempunyai koefisien korelasi linier 1 bila dibandingkan dengan sistemtimbangan load cell.

Kata kunci: timbangan massa batubara

ABSTRACT

THE ENGINEERING OF A COAL MASS MEASUREMENT SYSTEM ON A BELTCONVEYOR USING GAMMA RADIATION ABSORPTION TECHNIQUE. The non contactmeasurement coal mass flow on the belt conveyor has been constructed by usinggamma absorption technique. This system is measuring the weight of coal transportedfrom tongkang ship to coal bunker of PLTU Suralaya using belt conveyor. The accuracyfor the measurement of weight scale is ± 0,5%, the gamma radiation absorption will bemeasured by scintilation detector in 5 cm x 1,5 meters of active area. This system haslinier the correlation coefficient equal to 1 compared by the load cell weighing.

Keywords: coal mass flow

1. PENDAHULUAN

Pada awalnya timbangan massa batubara pada belt conveyor menggunakan load

cell. Karena wilayah kerja peralatan timbangan massa batubara berada pada daerah

korosif dan berdebu, maka kerusakan komponen Instrument proses menjadi lebih cepat,

terutama terhadap sensor- sensor yang memerlukan kontak mekanik seperti metoda load

cell. Metoda yang sesuai dengan lingkungan yang korosive adalah menggunakan metoda

pengukuran yang sederhana dan terlindung dari lingkungan sekitar pabrik atau

menggunakan metoda pengukuran non contact terhadap material proses. Metoda yang


- 406 -

sesuai dengan kondisi lingkungan yang korosif seperti di PLTU batubara adalah

menggunakan metoda serapan radiasi gamma. Metoda ini sederhana, tidak perlu

bersentuhan dengan material yang diukur beratnya atau densitynya, mudah dikemas

sedemikian rupa sehingga tidak terpengaruh korosif. Untuk menimbang massa batubara

yang terdapat diatas belt conveyor, cukup menempatkan pemancar radiasi gamma jenis137Cs dengan aktivitas rendah sekitar 50 mCi diatas belt conveyor dan sebuah detektor

sintilasi dengan aktif area sepanjang 1,5 meter yang ditempatkan dibawah belt conveyor,

kemudian keluaran detektor dihubungkan ke subsistem lokal display yang dilengkapi

dengan signal transmitter dengan standar 4-20 mA. Untuk menentukan total berat

dibutuhkan sensor kecepatan yang dipasang dibawah belt conveyor. Setelah digabung

dengan keluaran detektor scintilasi maka total berat batubara yang dipindahkan dari

kapal tongkang ke coal bunker dapat ditentukan dan ditampilkan pada layar monitor LCD

atau LED.

2. TEORI

Prinsip Kerja timbangan massa batubara pada belt conveyor berdasarkan serapan

radiasi gamma oleh material batubara yang terdapat pada belt conveyor dapat dijelaskan

sebagai berikut. Perangkat timbangan massa yang menggunakan radiasi gamma,

sebaran radiasinya diatur sedemikian rupa oleh kolimator sehingga penyebaran radiasi

gamma tegak lurus dengan belt conveyor. Material batubara mengalir diantara sumber

radiasi gamma dan detektor sintilasi. Radiasi gamma yang diterima detektor sintilasi,

proporsional terbalik dengan berat material persatuan luas dari irisan beam radiasi

gamma pada material batubara. Hasil serapan radiasi gamma pada material batubara

yang terdapat pada belt conveyor diukur oleh detektor sintilasi. Intensitas radiasi gamma

yang diterima detektor bersatuan berat material per satuan luas atau biasa disebut Basis

Weight. Basis Weight dikalikan dengan lebar belt dan dikalikan lagi dengan kecepatan

belt conveyor sehingga akan menghasilkan kecepatan massa aliran dan jika

diintegrasikan dengan waktu akan menghasilkan total berat Flow material batubara.

Prinsip kerja sistem timbangan massa batubara pada belt conveyor dengan teknik

serapan radiasi gamma sesuai referensi [3] dapat dilihat pada Gambar 1.


- 407 -

Sedangkan Blok Sensor sistem timbangan massa batubara pada belt conveyor

dengan teknik serapan radiasi gamma pada Gambar 2.

PEMANCAR

GAMMA137

Cs

DETEKTORDENGANPANJANG 1,5 M

BATU BARA PADABELT CONVEYOR

Kg/m2 Kg/m Kg/hT/h

KgTon

LEBARBELT (M)

KECEPATANM/HOURS

WAKTUHOURS

LOADING KAPASITASLOADING

INTEGRATEDMASS

Gambar 1. Prinsip kerja sistem timbangan massa batubara pada beltconveyor dengan teknik serapan radiasi gamma

Gambar 2. Blok sensor sistem timbangan massa batubara pada beltconveyor dengan teknik serapan radiasi gamma

Io

I

PEMANCAR GAMMA137

Cs, 50 mCi

MATERIAL BATUBARA

BELT CONVEYOR

DETEKTOR SCINTILASISENSITIF RADIASI GAMMA


- 408 -

Prinsip pengukuran sistem timbangan massa batubara pada belt conveyor denganteknik serapan radiasi gamma berdasarkan rumus referensi [1] dan [2] sebagai berikut :

I = Io e x (1) (1)

dimana

Io = intensitas radiasi sebelum melalui material batubara

I = intensitas radiasi setelah diserap material batubara dan material belt conveyor

= koefisien absorpsi massa

= densitas material batubara yang dilalui sinar gamma

x = tebal lapisan material batubara (x1) dan material belt conveyor (x2)

Karena tebal belt conveyor dianggap tetap, maka intensitas radiasi yang diterima

detektor ( I ) hanya akan bergantung dari serapan material batubara. Koefisien absorpsi

massa merupakan konstanta sehingga secara integrasi elektronik nilai intensitas

radiasi yang diterima detektor (I) mempunyai satuan kg/m2, bila diplot dalam bentuk

grafik semi logaritmik menjadi Gambar 3.

Dari grafik pada Gambar 3 dapat dijelaskan bahwa semakin banyak tumpukan

batubara diatas belt conveyor maka semakin kecil intensitas radiasi gamma yang

diterima oleh detektor sintilasi. Agar nilai tampilan di lokal display sesuai dengan

besarnya tumpukan batubara pada belt conveyor maka diperlukan proses inversi yaitu

dengan cara menetapkan suatu bilangan konstannta dikurangi dengan hasil pengukuran.

Ln I(kg/m2)

Ln I = Ln (I o e x )

X ( tebal material) batubara pada belt conveyor

Gambar 3. Hubungan linier antara intensitas gammadengan tebal material batubara

0 4 8 10 12

200

400

600

800


- 409 -

Setelah diinvers (dikonversi) oleh sistem elektronik microprosessor (komputer) maka

grafik akan menjadi

Dari grafik pada Gambar 4 dapat dijelaskan bahwa semakin banyak tumpukan

batubara diatas belt conveyor maka makin besar nilai basis weight yang ditampilkan

pada lokal display sensor basis weight.

3. METODA

Cara dalam melakukan percobaan untuk membuat prototip sistem timbangan massa

batubara pada belt conveyor dengan teknik serapan radiasi gamma diantaranya, dengan

menyiapkan sebuah prototipe O-frame selebar 2 meter dan tinggi 120 cm, diatasnya

diberi pemancar gamma 50 mCi dan dibawahnya diletakkan sebuah detektor sintilasi

panjang 150 cm dengan diameter 5 cm. Jarak antara pemancar gamma dan detektor 85

cm. Prototip O-frame dipasang pada belt conveyor batubara di unit coal handling BC-03

PLTU Suralaya Merak Banten. Untuk mengukur kecepatan belt conveyor dipasang

sebuah rotary encoder yang dihubungkan dengan roda penggerak yang ditempelkan

pada belt conveyor. Signal keluaran detektor sintilasi dan sensor kecepatan belt conveyor,

masing masing dimasukan ke lokal display LED 7 Segmen dan oleh mikrokomputer yang

terdapat di lokal display kedua signal diolah menjadi bentuk signal standar 4-20 mA yang

selanjutnya signal keluaran arus detektor sintilasi dan kecepatan belt conveyor

Ln I(kg/m2)

X (tebal material) batubara pada beltconveyor

Gambar 4. Invers hubungan linier antara intensitas gammadengan tebal material batubara

0 4 8 10 12

200

400

600

800


- 410 -

dihubungkan ke elektronik data logger serta komputer total weight. Blok sistem diatas

dapat dilihat pada gambar 5. Setelah sistem timbangan massa batubara dipasang pada

belt conveyor, proses selanjutnya adalah proses kalibrasi, menggunakan referensi load

cell terkalibrasi yang telah disediakan oleh pihak PLTU Suralaya. Realisasi proses

kalibrasi dilakukan dengan mengambil rentang waktu cuplikan, ketika belt conveyor berisi

material batubara dan digerakan dengan kecepatan tetap sekitar 4,04 meter per detik.

Sebagai contoh saat jam menunjukan 14.00 dicatat nilai total weight pada kalibrator load

cell, bersamaan waktunya juga dicatat nilai pengukuran prototip sistem timbangan massa

batubara pada dengan teknik serapan radiasi. Kemudian pada jam 16:00 dicatat lagi

nilai total weight pada kalibrator load cell, bersamaan waktunya juga dicatat nilai

pengukuran prototip sistem timbangan massa batubara pada dengan teknik serapan

radiasi. Pencatatan pengukuran tersebut dilakukan untuk beberapa sampel. Dari hasil

pencatatan kedua data total weight hasil pengukuran dibuatkan regresi liniernya, nilai

parameter hasil persamaan regresi linier dimasukan kedalam pemrograman. Sehingga

nilai pengukuran yang ditunjukan oleh load cell kalibrator dengan nilai pengukuran yang

ditunjukan oleh perangkat prototip sistem timbangan massa batubara dengan teknik

serapan radiasi, akan sama nila total beratnya.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Blok sistem timbangan batubara pada belt conveyor dengan teknik serapan radiasigamma

Blok sistem timbangan massa batubara pada belt conveyor dengan teknik

serapan radiasi gamma secara garis besarnya tersusun dari mekanik O-frame, sebuah

sistem deteksi radiasi gamma berupa detektor sintilasi diameter 5 cm dan panjang 1,5

meter, sebuah sumber pemancar gamma jenis 137Cs aktivitas 50 mCi, elektronik data

logger yang terdapat didalam komputer total weight dan hardware software komputer.

Blok sistemnya dapat dilihat pada Gambar 5.


- 411 -

Prinsip kerjanya, pemancar gamma 137Cs yang terdapat di atas belt conveyor

memancarkan radiasi gamma ke arah detektor menembus tumpukan batubara yang

terdapat di atas belt conveyor. Sedangkan radiasinya sebagian terserap oleh material

batubara, intensitas radiasi setelah diabsorpsi oleh material batubara kemudian diterima

oleh detektor sintilasi. Dari hasil pengukuran oleh detektor memberikan keluaran signal

analog arus antara 4-20 mA sesuai dengan intensitas radiasi gamaa yang diterima oleh

detektor. Kemudian signal analog diumpankan ke elektronik data logger serta ditampilkan

ke LED 7 segmen. Elektronik data logger juga menerima signal analog dari sensor

kecepatan, yang bervariasi antara 4-20 mA sesuai dengan kecepatan belt conveyor.

Kemudian oleh elektronik data logger yang terdapat di komputer total weight , signal-

signal analog tersebut dikonversi menjadi data digital dengan kecepatan konversi masing

masing signal sebesar 30 µsec. Setelah terkumpul data digital ditransmisikan ke komputer

Total Weight melalui komunikasi serial RS-232 dengan kecepatan 9600 bps dan data

digital hasil pengukuran kecepatan belt conveyor serta pengukuran intensitas radiasi

gamma (Basis Weight) oleh komputer total weight di kalkulasi menjadi nilai mass flow

rate serta total weight.

LOKAL DISPLAY SENSOR SPEEDOUTPUT 4-20 mA

PEMANCAR GAMMA 137Cs

LOKAL DISPLAY SENSOR BASIS WEIGHTOUTPUT 4-20 mA

KOMPUTERTOTAL

WEIGHT

SENSOR GAMMA (BASIS WEIGHT)

SENSORKECEPATAN

Gambar 5. Blok sistem timbangan massa batubara pada beltconveyor dengan teknik serapan radiasi gamma


- 412 -

Hasil kegiatan perekayasaan sistem timbangan batubara pada belt conveyordengan teknik serapan radiasi gamma

Hasil kegiatan perekayasaan sistem timbangan massa batubara pada belt

conveyor dengan teknik serapan radiasi gamma telah dipasang dan diujicoba di Belt

conveyor BC-03 unit Coal Handling PLTU Suralaya atas pembiayaan mitra kerja, yang

tersusun dari O-frame mekanik, sebuah sumber radiasi gamma 137Cs, sebuah detektor

sintilasi aktif area 1,5 meter, sebuah lokal display pengukur intensitas gamma (Basis

Weight), sebuah lokal display pengukur kecepatan belt conveyor, elektronik data logger

dan Software & Hardware komputer total weight. Hasil kegiatannya dapat ditunjukan

dalam Gambar 6 sampai Gambar 9.

Packaging local display ,persiapan pengiriman kePLTU Suralaya

Packaging sensor timbanganmetoda serapan gamma,persiapan pengiriman ke PLTUSuralaya

Gambar 6. Packaging lokal display dan sensor timbangan dengan metodaserapan gamma untuk dipasang di PLTU Batubara Suralaya

Instalasi awal terminallokal display sensortimbangan metodaserapan gamma

Gambar 7. Instalasi awal lokal display untuk sensor timbangan dengan metodaserapan gamma sebelum di pasang di PLTU Batubara Suralaya


- 413 -

Instalasi O-frame mekanik,pemancar gamma &detektor timbanganmetoda serapan gamma.

Gambar 8. Saat melaksanakan instalasi O-frame mekanik, pemancar gamma, dandetektor timbangan metoda serapan gamma di belt conveyor BC-03 coal handling

PLTU Suralaya, Merak, Banten

Detektor timbangan batubara pada beltconveyor dengan metoda serapan gamma

Pemancar gamma 137Cs

Lokal display timbangan metodaserapan gamma

Belt Conveyor batubara

Gambar 9. Hasil konstruksi O-frame mekanik, pemancar gamma, dan detektortimbangan metoda serapan gamma terpasang di belt conveyor BC-03 coal handling

PLTU Suralaya Merak Banten


- 414 -

Data pengukuran

Pengukuran massa batubara diatas belt conveyor dilakukan di unit coal handling

PLTU Suralaya, Belt conveyor (BC-03) pada hari jumat tanggal 15 pebruari 2013. Hasil

pengukuran dibandingkan dengan load cell yang telah dikalibrasi dan disegel oleh

Direktorat Metrologi Departemen Perdagangan. Data hasil pengukuran ditabelkan pada

tabel 1 sebagai berikut :

Waktu Hasil Pengukuran TimbanganKalibrator metoda Load Cell

Hasil Pengukuran Timbangandengan metoda serapan

gamma06:38 s/d 06:49 199.0 TON 196,9 TON

06:52 s/d 07:01 161.1 TON 160.6 TON

07:03 s/d 09:01 1859.4 TON 1837.8 TON

09:13 s/d 10:38 1439.8 TON 1455.6 TON

10:38 s/d 11:12 288.1 TON 282.7 TON

Ada faktor kesalahan dalam pembacaan yang dilakukan secara manual, kadangkadang waktu membaca tampilan timbangan load cell (kalibrator) dan timbanganmetoda serapan gamma waktunya tidak bersamaan, seharusnya dilakukan secaraserentak

Dari data yang terdapat pada tabel 1, agar nilai pengukuran timbangan dengan

metoda serapan radiasi gamma, nilai tampilannya sesuai dengan kalibrator metoda load

cell memerlukan persamaan linier Y = 0,997 X – 0,119 yang harus dimasukan ke dalam

proses pemrograman, dimana Y adalah hasil pengukuran timbangan load cell (kalibrator)

dan X adalah hasil pengukuran timbangan dengan metoda serapan radiasi gamma

dimana nilai X minimal 2.0. Sedangkan koefisien korelasi yang didapat dari data pada

tabel 1 adalah r = 1,00 .

Tabel 1. Pengukuran massa batubara yang berada di atas belt conveyordengan teknik serapan radiasi gamma dibandingkan dengan

kalibrator Load Cell yang telah dikalibrasi


- 415 -

5. KESIMPULAN

Telah dirancang dan dikonstruksi sistem timbangan massa batubara pada belt

conveyor dengan teknik serapan radiasi gamma, serta diujicoba di Belt conveyor BC-03

unit Coal Handling PLTU Suralaya.. Dari hasil pengukuran dan pengujian sistem

timbangan massa batubara pada belt conveyor dengan teknik serapan radiasi gamma

memerlukan koreksi dengan persamaan linier Y = 0,997 X – 0,119.

6. UCAPAN TERIMAKASIH

Terimakasih kami ucapkan kepada managemen PRPN Batan yang telah memberi

ijin untuk pengujian lapangan perangkat timbangan batubara pada belt conveyor dengan

serapan radiasi gamma serta managemen PLTU Suralaya terutama bapak Trisno yang

telah memberi kesempatan untuk penempatan alat di unit coal handling, juga kepada

managemen PT.Gammatech selaku mitra dari PT. Indonesia Power yang telah

memfasilitasi dengan pihah teknis unit coal handling.

7. DAFTAR PUSTAKA

1. IAEA (International Atomic Energy Agency) 1965, Radioisotope Instruments in

Industry and Geophysic, Viena.

2. B.D. Sowery, On-line Nuclear Techniques in the Coal Industry, Division of Mineral and

Process Engineering, Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization,

NSW 2234, Australia, 27 February 1991.

3. Berthold Radiation Measuring Instruments for Industry, Gmbh & Co.KG, D-7547 Bad

Wildbad.

4. Coal Quality Manager (CQM), Analyzer Manual, Thermo Electron Corporate, 10010

Mesa Rim Rd San Diego, CA 92121 United States, 2007.

TANYA JAWAB

Pertanyaan:

1. Jika terjadi ketidaksesuaian dengan monitor apakah kemudian ada tindakan yang

harus dilakukan? (Tri Harjanto)


- 416 -

2. Perkembangan apa yang terdapat pada kegiatan perekayasaan system timbangan

massa batubara pada belt konvegen dengan Teknik serapan sinar gamma pada

tahun 2013 ini? (Widodo)

Jawaban:

1. Kembali ke acuan draf survey dengan memperkirakan tenggelamnya kapal tongkang

pengangkut batubara.

2. Belum ada perkembangan baru. Desain ini mau dicoba di petro gresik akhir

November 2013.

8. LAMPIRAN PHOTO DOKUMENTASI HASIL KEGIATAN

Proses pemindahan batubara darikapal ke hopper melalui beltconveyor di PLTU Suralaya

Kapal pengangkut batubaradengan beberapa palka

Hopper


- 417 -

Belt conveyor penghubung darikapal pengangkut batubara kehopper di PLTU Suralaya,kemudian dari hopper di alirkanke belt conveyor BC-03

Instalasi lokal panel displaytransmitter, unit detektortimbangan metoda serapanradiasi gamma (Basis Weight)


- 418 -

Instalasi software di panelelektronik data logger dankomputer total weight

Hasil instalasi berupaSensor gamma weightscale, lokal display basisweight, sensor kecepatan,lokal display kecepatanbelt conveyor

Sensor kecepatanbelt conveyor


- 419 -

Sensor gamma, tampilanlokal display gamma weightscale dan tampilan lokalkecepatan belt conveyor

Profil tampilan tumpukanmaterial batubara di atasbelt conveyor padakomputer total weight

perekayasaan sistem timbangan massa batubara...

Documents